יישום של α-אלומינה בחדשקרמיקה מאלומינה
למרות שקיימים סוגים רבים של חומרים קרמיים חדשים, ניתן לחלק אותם באופן גס לשלוש קטגוריות בהתאם לתפקודיהם ולשימושיהם: קרמיקה פונקציונלית (הידועה גם כקרמיקה אלקטרונית), קרמיקה מבנית (הידועה גם כקרמיקה הנדסית) וביו-קרמיקה. בהתאם לרכיבי חומר הגלם השונים בהם נעשה שימוש, ניתן לחלק אותם לקרמיקה תחמוצת, קרמיקה ניטרידית, קרמיקה בורידית, קרמיקה קרבידית וקרמיקה מתכתית. ביניהם, קרמיקה מאלומינה חשובה מאוד, וחומר הגלם שלה הוא אבקת α-אלומינה בעלת מפרטים שונים.
α-אלומינה נמצאת בשימוש נרחב בייצור חומרים קרמיים חדשים שונים בשל חוזקה הגבוה, קשיותה הגבוהה, עמידותה בטמפרטורה גבוהה, עמידותה בפני שחיקה ותכונותיה המצוינות. היא לא רק חומר גלם אבקתי לקרמיקה מתקדמת מאלומינה כגון מצעים של מעגלים משולבים, אבני חן מלאכותיות, כלי חיתוך, עצמות מלאכותיות וכו', אלא גם יכולה לשמש כנשא זרחן, חומרים עקשן מתקדמים, חומרי שחיקה מיוחדים וכו'. עם התפתחות המדע והטכנולוגיה המודרניים, תחום היישום של α-אלומינה מתרחב במהירות, וגם הביקוש בשוק עולה, והסיכויים שלה רחבים מאוד.
יישום של α-אלומינה בקרמיקה פונקציונלית
קרמיקה פונקציונליתמתייחסים לקרמיקה מתקדמת המשתמשת בתכונותיה החשמליות, המגנטיות, האקוסטיות, האופטיות, התרמיות ואחרות או בהשפעות הצימוד שלה כדי להשיג פונקציה מסוימת. יש לה תכונות חשמליות מרובות כגון בידוד, דיאלקטרי, פיזואלקטרי, תרמואלקטרי, מוליך למחצה, מוליכות יונים ומוליכות-על, ולכן יש לה פונקציות רבות ויישומים רחבים ביותר. כיום, העיקריים שהוכנסו לשימוש מעשי בקנה מידה גדול הם קרמיקה מבודדת עבור מצעי מעגלים משולבים ואריזות, קרמיקה מבודדת מצתים לרכב, קרמיקה דיאלקטרית לקבלים הנמצאת בשימוש נרחב בטלוויזיות ובמקליטי וידאו, קרמיקה פיזואלקטרית בעלת שימושים מרובים וקרמיקה רגישה לחיישנים שונים. בנוסף, הם משמשים גם עבור צינורות פולטי אור של מנורת נתרן בלחץ גבוה.
1. קרמיקה מבודדת מצתים
קרמיקה מבודדת מצתים היא כיום היישום היחיד הנרחב ביותר של קרמיקה במנועים. מכיוון שלאלומינה יש בידוד חשמלי מעולה, חוזק מכני גבוה, עמידות ללחץ גבוה ועמידות בפני זעזועים תרמיים, מצתים מבודדים מאלומינה נמצאים בשימוש נרחב בעולם. הדרישות עבור α-אלומינה עבור מצתים הן אבקות מיקרו רגילות של α-אלומינה דלת נתרן, שבהן תכולת תחמוצת הנתרן היא ≤0.05% וגודל החלקיקים הממוצע הוא 325 רשת.
2. מצעים וחומרי אריזה של מעגלים משולבים
קרמיקה המשמשת כחומרי מצע וחומרי אריזה עדיפה על פלסטיק בהיבטים הבאים: עמידות גבוהה לבידוד, עמידות גבוהה בפני קורוזיה כימית, איטום גבוה, מניעת חדירת לחות, היעדר תגובתיות והיעדר זיהום לסיליקון מוליך למחצה טהור במיוחד. התכונות של α-אלומינה הנדרשות למצעי מעגלים משולבים וחומרי אריזה הן: מקדם התפשטות תרמית 7.0×10⁻⁶/℃, מוליכות תרמית 20-30W/K·m (טמפרטורת החדר), קבוע דיאלקטרי 9-12 (IMMHz), הפסד דיאלקטרי 3~10⁻⁶ (IMMHz), התנגדות נפחית >10⁻¹-10⁻¹Ω·cm (טמפרטורת החדר).
עם הביצועים הגבוהים והאינטגרציה הגבוהה של מעגלים משולבים, מוצבות דרישות מחמירות יותר עבור מצעים וחומרי אריזה:
ככל שייצור החום של השבב עולה, נדרשת מוליכות תרמית גבוהה יותר.
עם המהירות הגבוהה של רכיב המחשוב, נדרש קבוע דיאלקטרי נמוך.
מקדם ההתפשטות התרמית נדרש להיות קרוב לזה של סיליקון. דבר זה מציב דרישות גבוהות יותר לאלפא-אלומינה, כלומר, היא מתפתחת לכיוון טוהר ודקיקות גבוהים.
3. מנורת פולטת אור נתרן בלחץ גבוה
קרמיקה משובחתעשוי מאלומינה דקה במיוחד כחומר גלם, בעל מאפיינים של עמידות בטמפרטורה גבוהה, עמידות בפני קורוזיה, בידוד טוב, חוזק גבוה וכו', והם חומר קרמי אופטי מעולה. פולי-גבישים שקופים עשויים מאלומינה טהורה עם כמות קטנה של מגנזיום תחמוצת, אירידיום תחמוצת או תוספי אירידיום תחמוצת, ומיוצרים באמצעות סינטור אטמוספרי וסינטור בכבישה חמה, יכולים לעמוד בפני קורוזיה של אדי נתרן בטמפרטורה גבוהה וניתן להשתמש בהם כמנורות פולטות אור נתרן בלחץ גבוה עם יעילות תאורה גבוהה.
יישום של α-אלומינה בקרמיקה מבנית
כחומרים ביו-רפואיים אנאורגניים, לחומרים ביו-קרמיים אין תופעות לוואי רעילות בהשוואה לחומרי מתכת וחומרים פולימריים, ויש להם תאימות ביולוגית ועמידות בפני קורוזיה טובים עם רקמות ביולוגיות. הם זוכים להערכה גוברת על ידי אנשים. המחקר והיישום הקליני של חומרים ביו-קרמיים התפתחו מהחלפה ומילוי לטווח קצר להשתלה קבועה ויציבה, ומחומרים אינרטיים ביולוגיים לחומרים פעילים ביולוגית וחומרים מרוכבים רב-פאזיים.
בשנים האחרונות, נקבוביותקרמיקה מאלומינהשימשו לייצור מפרקי שלד מלאכותיים, מפרקי ברכיים מלאכותיים, ראשי ירך מלאכותיים, עצמות מלאכותיות אחרות, שורשי שיניים מלאכותיות, ברגי קיבוע עצם ותיקוני קרנית בשל עמידותם בפני קורוזיה כימית, עמידותם בפני שחיקה, יציבותם הטובה בטמפרטורה גבוהה ותכונותיהם התרמו-אלקטריות. השיטה לשליטה בגודל הנקבוביות במהלך הכנת קרמיקה אלומינה נקבובית היא ערבוב חלקיקי אלומינה בגדלי חלקיקים שונים, הספגת החלקיקים בקצף ולייבש אותם בהתזה. ניתן גם לאנודייז לוחות אלומיניום כדי לייצר נקבוביות מסוג תעלה מיקרו-נקבובית בקנה מידה ננומטרי כיווניות.